Nick Lane La Cuestión Vital Resumen ¿Por qué la vida es como es?

Nick Lane La Cuestión Vital Resumen. Libro: La Cuestión Vital.  Autor: Nick Lane.la cuestion vital. sbags

¿Por qué la vida es como es?

No lo sabemos. La teoría sobre la evolución (Selección natural) explica cosas, pero tiene agujeros negros. No explica el origen de la vida ni por que es como es.

El autor quiere demostrar que el origen de la vida fue impulsado por un flujo de energía. Que las Bacterias (primeras células vivas – Procariotas) tienen un límite evolutivo debido a su poca capacidad de generar energía. Pero en algún momento y debido a un extraño suceso, este límite se rompió y dio origen a la célula compleja (células de los animales, plantas y hongos – Eucariotas). Y que este fenómeno ocurrió una sola vez a lo largo de los 3.800 millones de años desde el origen de la vida bacteriana.

Nota de JAM: Nick Lane intenta en este libro ampliar la teoría evolutiva mediante consideraciones energéticas.

PARTE I    EL PROBLEMA

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historia de la vida

Una breve historia de la vida

1. ¿Qué es la vida?

    • *Hace 4.600 MA (millones de años) se formó la Tierra.
    • *Hace 3.800 MA se origina la vida (Bacteriana).
    • -Hace 3.000 MA las Bacterias inventan la Fotosíntesis y liberan Oxígeno a la atmósfera.
    • -Hace 1.600 MA aparecen las células complejas Eucariotas.
    • *Hace 760 – 600 MA primeros fósiles de animales (Fauna Ediacaria).
    • *Hace 541 MA se inicia la explosión de vida del Cámbrico.

El Oxígeno ha transformado el paisaje selectivo. La tierra está llena de ambientes diferentes. La vida fluye.

Pero: ¿Qué falta en este relato de manual?
Respuesta: Falta “algo” que impulse el cambio. Las Bacterias vivieron más de 2.000 MA solas en la Tierra.
¿Qué pasó en el mundo bacteriano para que evolucionara a la célula compleja? Hay un agujero negro en el “meollo” de la Biología.

La pregunta no es: ¿Qué es la vida?  sino  ¿Qué es vivir?

2. ¿Qué es vivir?

Vivir es crecer y reproducirse, y está relacionado con el ambiente.
Para vivir la célula necesita realizar procesos. Para los procesos se necesita energía. Todas las células utilizan el mismo mecanismo para obtener energía.

Mecanismo de obtención de energía: Respiración celular.

La cuestión vitalEl hierro se oxida en contacto con el aire. Desde el aspecto químico significa que el hierro cede electrones (oxidación) y el oxígeno del aire recibe electrones (reducción). Estas reacciones REDOX (REDucción-OXidación) son muy frecuentes en la naturaleza.
En las células, los nutrientes se oxidan (ceden electrones) y el Oxígeno se reduce (capta electrones). Se produce una cadena de electrones que gracias a complejos proteínicos de las membranas consiguen establecer un potencial eléctrico entre un lado y otro de la membrana celular (un gradiente de protones, H+). Y este potencial eléctrico hace funcionar una puerta giratoria (la enzima ATPSintasa) que genera monedas energéticas (moléculas ATP).

Todos los organismos vivos (desde las bacterias a los elefantes) utilizan este mecanismo. Todos obtienen ATP’s que utilizan para impulsar los procesos biológicos.
Ahora bien. ¿Por qué la vida utiliza este mecanismo a base de electrones y protones?
La respuesta hay que buscarla en el origen de la vida.

PARTE II    EL ORIGEN DE LA VIDA

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La cuestión vital

3. Energía en el origen de la vida

En 1953, los bioquímicos Stanley Miller y Harold Urey obtuvieron materia orgánica (aminoácidos), en el laboratorio, mediante descargas eléctricas en un ambiente que simulaba la atmósfera de hace 3.800 MA. Obtuvieron lo que se llamó sopa primordial o caldo primigenio.
Se teorizó sobre que la sopa primordial fuera el cultivo que diera lugar a los elementos biológicos (proteínas, ARN, ADN, membranas) que constituyen la célula:
Pero esta película es ciencia ficción. No tiene en cuenta algo básico: La Energía.
El flujo de energía es lo que obliga a existir a las células. La respiración celular proporciona este flujo. Y esto es lo que falta en la sopa primordial.

Como hacer una célula

Se requieren los siguientes factores:

  • Suministro continuo de Carbono reactivo
  • Suministro continuo de energía libre
  • Catalizadores
  • Excreción de desechos
  • Compartimentación (membranas)
  • Material hereditario (ADN o ARN o equivalente)

La cuestión vital
Las Fumarolas Alcalinas (F.A.) se forman cerca de las fallas tectónicas. Son debidas a la reacción, entre la roca sólida, rica en Olivino, y agua, que produce gases ricos en hidrógeno y construyen columnas de Serpentinita. La Serpentinita es una roca acribillada de microporos interconectados.
Las F.A. proporcionan un flujo de Carbono y energía. Un flujo lento y persistente a lo largo de al menos 100.000 años.
Las F.A. tienen todas las condiciones para generar vida.

4. La aparición de las células

Nick Lane imagina la siguiente secuencia de fases:

1. Las F.A. (Fumarolas Alcalinas) tienen un flujo constante de Carbono y energía, catalizadores minerales y poros (compartimentos naturales). Y… gradientes naturales de protones. Gracias a esto se pudo impulsar los orígenes del metabolismo del Carbono en los poros de las F.A. y la formación de polímeros (moléculas largas de C) complejos.
2. Formación de protocélulas.
3. Origen del código genético. Formación de Proteínas, ARN y ADN.

Estas fases se producen dentro de los poros de la Serpentinita de las  F.A. y dan lugar al LUCA (Last Universal Common Ancestor). El LUCA es la primera forma de vida, todavía encadenada a los poros de las F.A. Todos los organismos vivos, desde la Bacteria al Elefante, pasando por el Homo Sapiens, somos descendientes del LUCA.
La cuestión vital
4. Los gradientes naturales de protones pasaron a ser gradientes bioquímicos, con mayor disponibilidad de energía. El LUCA pudo colonizar otras áreas de las F.A. y también llegar a F.A. vecinas.
5. Se formaron dos poblaciones del LUCA (en dos F.A. vecinas). Cada una evolucionó por separado.
6. La población 1 dio lugar a la Bacterias. Con membranas impermeables.
7. La población 2 dio lugar a los Arqueos. Similares a las Bacterias pero biológicamente distintos.
8. Con membranas impermeables las células (Bacterias y Arqueos) pudieron abandonar las F.A. a la conquista del planeta.

Al conjunto de Arqueos y Bacterias se les denomina Procariotas.
El mecanismo de obtención de energía del LUCA, a base de electrones y protones, es debido a su origen (F.A.). Este mecanismo ha prevalecido a lo largo de 3.800 MA en todas las formas de vida.
El Olivino, agua y CO2 son sustancias muy abundantes en el Universo. En 40.000 millones de planetas, similares a la Tierra, sólo en la Vía Lactea,  se está reproduciendo, ahora, el experimento de la Vida.

PARTE III    COMPLEJIDAD

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5. El origen de las células complejas

El origen quimérico de la complejidad

Las células de los animales, plantas y hongos (célula Eucariota) es el producto de una rara anomalía. De una impensable asociación entre un Arqueo y Origen eucariotasuna Bacteria. Una Bacteria se introdujo dentro de un Arqueo y lograron vivir en simbiosis (Endosimbiosis). Y la Bacteria fue replicándose dentro del Arqueo.
El Arqueo proporcionaba nutrientes a las Bacterias y estas le suministraban energía (ATP’s). El Arqueo huésped fue creciendo y disponiendo de gran cantidad de energía (miles de veces más que la de una Bacteria). La limitación energética se rompió. El Arqueo más las Bacterias del interior evolucionaron a la primera célula Eucariota (el LECA – Last Eukariotic Common Ancestor). Las células Eucariotas pueden asociarse en colonias pluricelulares y crear seres vivos complejos.
La clave de la complejidad es la disponibilidad de energía proporcionada por las Bacterias. Estas evolucionaron a orgánulos, llamadas Mitocondrias, presentes en cualquier célula Eucariota.
La vida Eucariota surgió por azar de una rara endosimbiosis. En los 3.800 MA de vida en la Tierra esto se ha producido una sola vez.
En otros mundos es posible que aparezca vida Compleja pero improbable que sea parecida a la de la Tierra.

6. El sexo y los orígenes de la muerte

En los primeros tiempos (unos pocos millones de años) la asociación entre Arqueo y Bacterias fue un verdadero caos de inestabilidad celular. Las Bacterias que morían en el interior del Arqueo transferían material genético. Parte de este material era ADN basura (Intrones) que debía ser eliminado antes de la síntesis de las proteínas. Esto provocaba un desajuste con la consiguiente síntesis de proteínas absurdas que provocaban la muerte celular. Una población de estas células crearon una membrana lipídica alrededor del ADN a fin de corregir el desajuste dando lugar al núcleo de la célula Eucariota.
La cuestión vitalPor otra parte estas células (primitivas Eucariotas) tenían una tasa de mutación enorme (errores en la replicación del ADN) provocando individuos enfermos. La solución fue el sexo.
El sexo genera individuos mediante la fusión de dos células, recombinando genes al azar, con lo cual generará individuos sanos (sin mutación y que sobrevivirán) y otros con la mutación (que serán eliminados). El sexo es la solución a los graves problemas celulares de los primeros tiempos ya que elimina mutaciones, genes infectados y controla la variabilidad celular.
La pequeña población de proto-eucariotas que inventó (por evolución) el sexo fue la que sobrevivió y dio lugar al LECA.
El sexo dio origen a la línea germinal inmortal, en el sentido de que gametos (células sexuales) individuales pueden estropearse pero los descendientes nacen jóvenes y conservan el potencial de la inmortalidad. Pero en la línea Somática (células que forman el cuerpo) la agrupación de mutaciones será un desastre ya que llevará a desarrollar tejidos y órganos no funcionales. El organismo morirá.

PARTE IV    PREDICCIONES

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7. El poder y la gloria de las Mitocondrias

Las mitocondriasEl ser humano es un mosaico de 40 billones de células, cada una en su lugar vital.
Dentro de las células las Mitocondrias (Las Bacterias evolucionadas) suministran energía. Un pequeño desajuste en su mecanismo puede provocar la degeneración del cerebro o de la musculatura.
Las Mitocondrias pueden explicar problemas de salud, de eficacia biológica, la fertilidad, la fecundidad y nuestra historia como especie.

Sobre el origen se las especies

Los genes mitocondriales evolucionan más rápido que los del Núcleo y son los primeros en facilitar adaptaciones a nuevos ambientes.
Los genes de la Mitocondria son los primeros agentes en la evolución de las especies.

La determinación del sexo

En los mamíferos el macho es heterocigoto (cromosomas sexuales X – Y) y las hembras homocigotas (cromosomas sexuales X – X). En las aves y algunos insectos es al revés, las hembras son heterocigotas (cromosomas sexuales W – Z) y los machos homocigotos (cromosomas sexuales Z – Z).
Muchos anfibios y reptiles no tienen cromosomas sexuales y definen el sexo en base a la temperatura de incubación de los huevos. Si la temperatura es alta el embrión será macho. Una temperatura alta significa una mayor tasa metabólica.
Puede ser que exista un factor subyacente que determine el sexo y que este factor sea la tasa metabólica.
El envejecimiento (pérdida de tasa metabólica) y las enfermedades mitocondriales afectarán más a los tejidos con demandas metabólicas altas y al sexo masculino (en los humanos).

La teoría de los radicales libres del envejecimiento

La cuestión vitalEn 1950 se consideró que los radicales libres eran perjudiciales (destruyen proteínas y producen mutaciones en el ADN). Y por consiguiente los antioxidantes (bloqueando los efectos de los radicales libres) eran saludables.
Pero esta teoría es errónea. Los antioxidantes no prologan la vida, al contrario suponen un riesgo. La Apoptosis (muerte celular controlada) es un mecanismo normal que acaba fabricando más Mitocondrias (Biogénesis – en otras células). Los antioxidantes bloquean este mecanismo y pueden disminuir la disponibilidad de energía.
Algunas mutaciones mitocondriales suceden en la vejez, si producen pérdidas de radicales libres, y la célula muere por Apoptosis, puede ser sustituida, excepto en los tejidos cerebrales o musculares. El bloqueo de la muerte celular puede provocar acumulación de mutaciones, irritación, inflamación, crecimiento descontrolado,…
El ejercicio físico acelera la velocidad de la cadena de electrones, se produce más energía (ATP’s) y disminuyen los radicales libres.

EPÍLOGO

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Este libro intenta predecir el por que la vida es como es.
Toda la vida es quimiosmótica: Un gradiente de protones genera energía que impulsa el metabolismo del Carbono.
Las Fumarolas Alcalinas (F.A.) cumplen los requisitos para generar vida, gracias al gradiente de protones natural, proporcionan energía para crear la primera célula viva: El LUCA
A partir de dos poblaciones independientes, el LUCA evolucionó a Arqueos y Bacterias (Procariotas), que abandonaron las F.A, y colonizaron los océanos.
Vida en el universoEl LECA (primera célula Eucariota) surgió una sola vez de una rara endosimbiosis entre Procariotas.
El conflicto íntimo entre huésped (Arqueo) y endosimbiontes (Bacterias) provocó una evolución compleja, en una población pequeña y con características únicas: núcleo, sexo, …
La vida compleja Eucariota será rara en el Universo. No hay tendencia en la Selección Natural que de lugar a la especie humana. Seguramente la vida se atascará en el nivel bacteriano.
El hombre y el árbol comparten genes, vienen de un origen común (LECA). La evolución los ha separado pero los dos tienen Mitocondrias y bombean protones a través de la membrana.
Tenemos los mismos procesos que impulsaron las primeras células vivas. No han cambiado nunca de forma fundamental. La vida necesita un flujo de energía. Si el flujo se para llega la muerte. El flujo de energía impone limitaciones a la evolución.
La endosimbiosis rompió estas limitaciones.

¡Que la fuerza protón motriz os acompañe!

Enlace a La Cuestión Vital: Resumen Corto de todo el libro

Índice del libro y Enlaces a los textos resumidos de cada capítulo

¿Por qué la vida es como es?

PARTE I    EL PROBLEMA

1. ¿Qué es la vida?

2. ¿Qué es vivir?

PARTE II    EL ORIGEN DE LA VIDA

3. Energía en el origen de la vida

Las Fumarolas Hidrotermales como reactores de Flujo

4. La aparición de las células

PARTE III    COMPLEJIDAD

La cuestión Vital índice de capítulos

5. El origen de las células complejas

Células eucariotas: Energía

Origen del núcleo

6. Origen del sexo

Células germinales y somáticas

PARTE IV    PREDICCIONES

7. El poder y la gloria de las Mitocondrias

La teoría de los radicales libres del envejecimiento

EPÍLOGO

Vida en el universo

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